DE3906690A1 - Keramikplatte fuer leistungshalbleiter-module - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Keramikplatte für Leistungshalblei­ ter-Module mit einer beidseitigen Metallbeschichtung (ETZ Band 107 (1986) Heft 5, Seite 208, 209, Bild 2 und 4).

Solche Module bestehen aus wenigstens einem, meistens aber meh­ reren Halbleiterchips und ihren Anschlüssen, die aus dem Modul­ gehäuse herausgeführt sind.

Halbleiterchips und Anschlüsse sind auf einer beidseitig me­ tallbeschichteten Keramikplatte montiert, welche diese Bauteile elektrisch isoliert, so daß auch mehrere Module auf einem ge­ meinsamen Kühler zusammengeschaltet werden können.

Die Keramikplatte besteht in der Regel aus einer Aluminium- Oxid-Keramik, deren Unterseite als thermischer Kontakt zum Küh­ ler dient, durch welchen die im Modul entstehende Wärme abge­ führt wird.

Bei großen Lastwechseln (starke Erwärmung und Wiederabkühlung) eines solchen Moduls kann es infolge unterschiedlicher Ausdeh­ nungskoeffizienten von Keramik und Metallbeschichtung vorkom­ men, daß die Keramikplatte parallel zu den Plattenflächen bricht, wie in Fig. 1 dargestellt, wodurch der mechanische Kontakt zwischen Halbleiterchip und Kühler verlorengeht und der Modul deshalb unbrauchbar wird. Durch die Bestrebungen, die Ke­ ramikplatten so dünn als nur möglich zu machen, verstärkt sich die Befürchtung, daß dieses Fehlverhalten in Zukunft noch häufi­ ger auftreten wird.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Keramikplatte dahin­ gehend zu verbessern, daß Brüche der in Fig. 1 gezeigten Art nicht mehr auftreten können und die Lastwechselfestigkeit insge­ samt erhöht wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 ge­ nannten Merkmale gelöst.

Durch die Zusammensetzung der Keramikplatte aus einzelnen Teil­ platten bzw. durch die Vorgabe von senkrecht zu den Plattenflä­ chen verlaufenden Sollbruchstellen werden Brüche parallel zu den Plattenflächen vermieden. Auf diese Weise kann eine mecha­ nische Ablösung des Halbleiterchips vom Kühler verhindert wer­ den.

Die Erfindung wird anhand der Figuren näher erläutert. Es zei­ gt

Fig. 1 einen Querschnitt eines Leistungshalbleiter-Moduls,

Fig. 2 eine aus stumpf aneinanderstoßenden Teilplatten gebil­ dete Keramikplatte,

Fig. 3 eine aus überlappend aneinanderstoßenden Teilplatten gebildete Keramikplatte,

Fig. 4 eine Keramikplatte mit schlitzförmigen Löchern als Sollbruchlinien und

Fig. 5 eine Keramikplatte mit Kerben als Sollbruchlinien.

Aus dem in Fig. 1 dargestellten Querschnitt ist der Aufbau ei­ nes Leistungshalbleiter-Moduls ersichtlich. Auf einer Keramik­ platte 1, die beidseitig mit einer Kupferbeschichtung 2 verse­ hen ist, ist der eigentliche Halbleiterchip 3 aufgelötet. Erfor­ derliche Anschlüsse 4 sind auf der Metallbeschichtung 2 und auf dem Halbleiterchip 3 aufgelötet - 5. Diese Anordnung ist durch einen nicht dargestellten Gehäusedeckel abgeschlossen, aus dem die Anschlüsse 4 herausgeführt sind. Die untere Metallbeschich­ tung 2 - die bei geringer thermischer Belastung des Moduls selbst als Kühler wirkt - ist bei größerer thermischer Bela­ stung mit einem Kühler 7 verbunden. Bei größeren thermischen Belastungen kam es dann bisweilen vor, daß die Keramikplatte 1 entlang einer Fläche, die im Querschnitt durch die Bruchlinie 6 dargestellt ist, auseinanderbrach.

Dem kann jetzt dadurch begegnet werden, daß die Keramikplatte 1, wie in Fig. 2 dargestellt, aus mehreren, durch Trennschlit­ ze geteilte Teilplatten 8 gebildet wird, die durch die beider­ seitige Metallbeschichtung mechanisch zusammengehalten werden. Die Trennschlitze schließen dabei mit der Ebene der Metallbe­ schichtung einen rechten Winkel ein.

Hinsichtlich Spannungsfestigkeit kann die Keramikplatte 1 gemäß Fig. 3 dadurch verbessert werden, daß die Trennschlitze mit der Ebene der Metallbeschichtung einen spitzen Winkel ein­ schließen, wodurch die Teilplatten 9 einander überlappen.

Besser handhabbar, da nicht aus mehreren Einzelteilplatten be­ stehend, ist eine Keramikplatte 1 gemäß Fig. 4, in welche ent­ lang vorgegebener Sollbruchlinien schlitzförmige Löcher 10 ein­ gearbeitet sind, die beispielsweise durch Laserstrahl-Schneid­ brenner hergestellt werden können.

Eine einfachere Methode zeigt Fig. 5, wonach in die Keramik­ platte 1 entlang den vorgegebenen Sollbruchlinien Kerben 11 eingeritzt sind.

Zur Verbesserung der mechanischen Festigkeit und/oder der Span­ nungsfestigkeit der metallbeschichteten Keramikplatte 1 können Fugen, Schlitze bzw. Kerben zwischen den Teilplatten mit Kunst­ stoffmaterial ausgefüllt sein.

Bezugszeichenliste/Spezialbegriffe

 1 Keramikplatte
 2 Metallbeschichtung
 3 Halbleiterchip
 4 Anschluß
 5 Lötschicht
 6 Bruchlinie
 7 Kühler
 8 Teilplatten, stumpf aneinanderstoßend
 9 Teilplatten, überlappend aneinanderstoßend
10 Schlitzförmiges Loch
11 Kerbe

Claims (6)

1. Keramikplatte für Leistungshalbleiter-Module mit einer beidseitigen Metallbeschichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Keramikplatte (1) aus mindestens zwei Teilplatten (8, 9) besteht, die wenigstens durch eine Sollbruchlinie gegenein­ ander abgegrenzt und durch die Metallbeschichtung (2) miteinan­ der verbunden sind.

2. Keramikplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchlinie von schlitzförmigen Löchern (10) gebil­ det ist.

3. Keramikplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sollbruchlinie von Kerben gebildet ist.

4. Keramikplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Teilplatten (8) durch Trennschlitze völlig getrennt sind.

5. Isolierkeramikplatte nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschlitze mit der Ebene der Metallbeschichtung ei­ nen spitzen oder rechten Winkel einschließen.

6. Keramikplatte nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Fugen, Löcher oder Kerben zwischen den Teilplatten mit Kunststoffmasse gefüllt sind.